عبارة «هذه المروحة تعطي 5000 م³/س» ناقصة. فالمروحة تعمل حيث يتقاطع منحناها الخاص مع منحنى مقاومة النظام. وإذا كانت مقاومة النظام أعلى من المتوقع، أعطت المروحة نفسها تدفقاً أقل بكثير — وهذا ليس عيباً في المروحة.
منحنيان وتقاطع واحد
منحنى المروحة يأتي من الصانع ويُقاس على منصة قياسية: فالمواصفة ANSI/AMCA 210 (المنشورة بالتوازي بوصفها ANSI/ASHRAE 51) تحدد الظروف المخبرية التي يُقرَّر فيها تدفق المروحة وضغطها وقدرتها وكفاءتها [1].
أما منحنى النظام فهو تصميمكم أنتم، وفي النظام الاضطرابي ترتفع خسارة الضغط مع مربع معدل التدفق. وهذا بالضبط ما تخدمه CFD هنا: حساب خسارة الضغط عند بضعة معدلات تدفق، وبناء منحنى النظام، ثم تقاطعه مع منحنى المروحة.
حالة الكتالوج ليست التركيب الواقعي
على منصة اختبار قياسية يكون دخول الهواء إلى المروحة وخروجه نظيفين. وفي تركيب واقعي لا يكونان كذلك عادةً، والفارق يُعرف باسم أثر النظام:
- كوع قريب من مأخذ المروحة يسلّم منحنى سرعة مشوَّهاً ويزيح منحنى المروحة إلى الأسفل.
- ومن دون طول مستقيم كافٍ عند المخرج، لا تستطيع المروحة استخدام ناشرها الخاص، فيضيع استرجاع الضغط الساكن.
- وفي المراوح المركّبة داخل خزانة، قد تكلّف هندسة صندوق المأخذ وحدها عدة نقاط من كفاءة المروحة.
ولا شيء من هذه الخسائر موجود في الكتالوج. ونمذجة المروحة مع هندسة تركيبها الواقعية هي ما يُظهر أثر النظام.
قرار النمذجة: كيف تُمثَّل المروحة
قفزة ضغط / شرط حدّي بمنحنى. لا تُحلّ هندسة الريش؛ بل يُفرض على سطحٍ ارتفاعُ ضغط يتوقف على التدفق. وإن كنتم تدرسون مقاومة النظام، فهذا هو الاختيار الصحيح والرخيص.
حلّ الريش (الدوّار المجمّد أو الشبكة المنزلقة). ويلزم إن كان السؤال عن كفاءة المروحة نفسها أو ضجيجها أو الحمل على ريشها. انظروا ملاحظة الآلات الدوارة.
ومن الأخطاء المتكررة فرضُ معدل تدفق ثابت عند المدخل أثناء دراسة مقاومة النظام. فذلك يعادل افتراض أن منحنى المروحة حادّ الانحدار إلى ما لا نهاية: فالتدفق لا يهبط مع ازدياد الانسداد، ولا يظهر أثر النظام أبداً. انظروا ملاحظة الشروط الحدّية.
الفرق في مراوح تصريف الدخان والمراوح النفاثة
في المراوح المعتمدة للحريق تنزاح نقطة التشغيل لأن كثافة الوسط تتغير مع الحرارة: فالدخان عند 400 °م أقل كثافةً من الهواء عند 20 °م بنحو النصف. والمروحة نفسها عند السرعة نفسها تنقل تدفقاً كتلياً أقل بكثير. ولذلك يجب أن يجري اختيار المروحة للحالة الساخنة.
المراجع
- ANSI/AMCA Standard 210 / ANSI/ASHRAE Standard 51 — Laboratory Methods of Testing Fans for Certified Aerodynamic Performance Rating. Air Movement and Control Association International / ASHRAE.
- Ferziger, J. H., Perić, M. & Street, R. L. (2020). Computational Methods for Fluid Dynamics, 4th ed. Springer. DOI: 10.1007/978-3-319-99693-6